KR101178504B1 - Method of manufacturing a substrate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 제조 방법에 관한 것으로, 기초 기판의 적어도 측면에 보호층을 형성하는 단계와, 기초 기판의 상면으로부터 질화물층을 성장시키는 단계와, 보호층을 제거하는 단계와, 기초 기판과 질화물층을 분리하여 질화물 기판을 제조하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of manufacturing a substrate, comprising: forming a protective layer on at least a side surface of a base substrate, growing a nitride layer from an upper surface of the base substrate, removing the protective layer, a base substrate and a nitride layer Isolating the step of preparing a nitride substrate.

Description

기판 제조 방법{Method of manufacturing a substrate}Method of manufacturing a substrate

본 발명은 기판 제조 방법에 관한 것으로, 특히 프리 스탠딩(free standing) 질화물 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of manufacturing a substrate, and more particularly, to a method of manufacturing a free standing nitride substrate.

반도체 소자는 반도체 공정 기술을 이용하여 소정의 기판 상에 파워 소자, 발광 소자, 수광 소자 등의 전자 소자를 구현한 전자 부품의 하나이다. 예를 들어, 파워 소자는 기판 상에 트랜지스터, MOSFET, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), 숏트키 다이오드 등이 구현되고, 수광 소자는 기판 상에 태양 전지, 포토 센서 등이 구현된다. A semiconductor device is one of electronic components that implements electronic devices such as a power device, a light emitting device, and a light receiving device on a predetermined substrate by using semiconductor processing technology. For example, a power device includes a transistor, a MOSFET, an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), a Schottky diode, and the like, and a light receiving device includes a solar cell, a photo sensor, and the like on a substrate.

특히, 갈륨질화물(GaN) 등의 질화물 반도체는 우수한 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. 질화물 반도체를 이용한 LED 또는 LD는 청색 또는 녹색 파장대의 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 이러한 발광 소자는 전광판, 조명 장치 등의 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다.In particular, nitride semiconductors such as gallium nitride (GaN) have been spotlighted as core materials of light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) or laser diodes (LDs) due to their excellent physical and chemical properties. LEDs or LDs using nitride semiconductors are widely used in light emitting devices for obtaining light in the blue or green wavelength band, and these light emitting devices are applied as light sources of various products such as electric signs and lighting devices.

이러한 GaN 등의 질화물 반도체를 이용한 발광 소자는 주로 사파이어를 기판으로 이용하고 사파이어 기판 상에 질화물층을 형성한다. 그러나, 사파이어와 질화물층은 격자 상수 및 열 팽창 계수가 차이나고, 그로 인해 사파이어 기판 상에 질화물층을 형성하면 결정성 결함이 발생하는 문제가 있다.A light emitting device using a nitride semiconductor such as GaN mainly uses sapphire as a substrate and forms a nitride layer on the sapphire substrate. However, the sapphire and the nitride layer have different lattice constants and coefficients of thermal expansion, and thus there is a problem that crystalline defects occur when the nitride layer is formed on the sapphire substrate.

이러한 문제를 해결하기 위해 프리 스탠딩(free standing) 질화물 기판을 제조하고, 이를 이용하여 발광 소자를 제조하려고 시도되고 있다. 프리 스탠딩 질화물 기판은 사파이어 기판 상부에 질화물층을 성장시킨 후 사파이어 기판으로 레이저를 조사하여 레이저 광에 의한 열 에너지에 의해 사파이어 기판과 질화물층을 분리하여 제조하게 된다. 즉, 레이저 광에 의한 열 에너지가 질화물층과 사파이어 기판의 경계면에서 집중되고, 집중된 열 에너지에 의해 N2 분자가 외부로 토출됨으로써 질화물층과 사파이어 기판이 분리된다.In order to solve this problem, a free standing nitride substrate is manufactured, and an attempt has been made to manufacture a light emitting device using the same. The free standing nitride substrate is manufactured by growing a nitride layer on the sapphire substrate and irradiating a laser to the sapphire substrate to separate the sapphire substrate and the nitride layer by thermal energy by laser light. That is, the thermal energy by the laser light is concentrated at the interface between the nitride layer and the sapphire substrate, and the N 2 molecules are discharged to the outside by the concentrated thermal energy to separate the nitride layer and the sapphire substrate.

그러나, 사파이어 기판 상에 GaN 등의 질화물층 성장시키면 사파이어 기판의 상면에는 단결정 질화물층이 성장되고, 사파이어 기판의 측면에는 다결정 질화물층이 성장된다. 즉, 경면 처리된 사파이어 기판의 상면에는 시드층의 성장에 의해 단결정 질화물층이 성장되고, 경면 처리되지 않은 사파이어 기판의 측면에는 시드층이 성장되지 않아 다결정 질화물층이 성장된다. 이렇게 다결정 질화물층이 성장되면 레이저가 조사되어도 다결정 질화물층이 성장된 사파이어 기판의 측면 부분은 분리되지 않게 된다. 따라서, 단결정 질화물층과 사파이어 기판과의 계면에서 깨짐이 발생하거나, N2 분자가 외부로 원활히 빠져나오지 못하게 됨으로써 리프트 오프가 어렵게 되고, N2 분자의 부분압 상승으로 인하여 단결정 질화물층에서도 깨짐이 발생할 수 있다.
However, when a nitride layer such as GaN is grown on a sapphire substrate, a single crystal nitride layer grows on the top surface of the sapphire substrate, and a polycrystalline nitride layer grows on the side surface of the sapphire substrate. That is, the single crystal nitride layer is grown on the top surface of the mirror-treated sapphire substrate by the growth of the seed layer, and the seed layer is not grown on the side surface of the sapphire substrate which is not mirror-treated, so that the polycrystalline nitride layer is grown. When the polycrystalline nitride layer is grown in this way, even if the laser is irradiated, the side portions of the sapphire substrate on which the polycrystalline nitride layer is grown are not separated. Thus, the single crystal nitride layer and a crack at the interface with the sapphire substrate occurs or, N 2 molecule being able get out smoothly to the outside is difficult to lift-off, due to the partial pressure increase in the N 2 molecule may result in cracking in single-crystal nitride layer have.

본 발명은 품질이 우수한 질화물 기판의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing a nitride substrate having excellent quality.

본 발명은 사파이어 기판의 측면에 다결정 질화물층이 성장되는 것을 억제하여 상기 문제점을 해결할 수 있는 기판 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a substrate manufacturing method that can solve the above problems by suppressing the growth of the polycrystalline nitride layer on the side of the sapphire substrate.

본 발명은 사파이어 기판의 측면에 보호층을 형성하고 질화물층을 성장시킨 후 보호층을 제거함으로써 보호층이 제거될 때 보호층 상에 성장되는 다결정 질화물층이 제거되도록 하는 기판 제조 방법을 제공한다.
The present invention provides a substrate manufacturing method for forming a protective layer on the side of the sapphire substrate, growing the nitride layer and then removing the protective layer to remove the polycrystalline nitride layer grown on the protective layer when the protective layer is removed.

본 발명의 일 양태에 따른 기판 제조 방법은 기초 기판의 적어도 측면에 보호층을 형성하는 단계; 상기 기초 기판의 상면으로부터 질화물층을 성장시키는 단계; 상기 보호층을 제거하는 단계; 및 상기 기초 기판과 질화물층을 분리하여 질화물 기판을 제조하는 단계를 포함한다.A substrate manufacturing method according to an aspect of the present invention comprises the steps of forming a protective layer on at least a side of the base substrate; Growing a nitride layer from an upper surface of the base substrate; Removing the protective layer; And separating the base substrate and the nitride layer to produce a nitride substrate.

상기 기초 기판은 사파이어, SiC 기판을 포함한다.The base substrate includes a sapphire, SiC substrate.

상기 보호층은 상기 기초 기판 및 상기 질화물층 각각과의 식각 선택비가 높은 물질로 형성하고, 상기 보호층은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 포함한다.The protective layer is formed of a material having a high etching selectivity with each of the base substrate and the nitride layer, and the protective layer includes silicon oxide and silicon nitride.

상기 보호층은 상기 기초 기판의 상면의 적어도 일부에 더 형성하고, 상기 보호층은 상기 기초 기판의 후면에 더 형성한다.The protective layer is further formed on at least a portion of an upper surface of the base substrate, and the protective layer is further formed on a rear surface of the base substrate.

상기 기초 기판은 상기 상면이 경면 처리되고, 상기 질화물층은 상기 경면 처리된 상기 상면 상에 단결정 질화물층이 형성되고, 상기 보호층 상에 다결정 질화물층이 형성된다.The top surface of the base substrate is mirror-treated, the nitride layer is formed of a single crystal nitride layer on the mirror-treated upper surface, and a polycrystalline nitride layer is formed on the protective layer.

상기 보호층 제거와 함께 상기 보호층 상에 형성된 상기 다결정 질화물층이 제거된다.The polycrystalline nitride layer formed on the protective layer is removed together with the protective layer.

본 발명은 사파이어 기판 등의 기초 기판의 측면 및 일부 상면에 보호층을 형성하고 기초 기판의 상면 상에 단결정 질화물층을 성장시킨 후 보호층을 제거함으로써 기초 기판 측면의 보호층 상에 성장된 다결정 질화물층도 함께 제거시킨다.The present invention provides a polycrystalline nitride grown on the protective layer on the side of the base substrate by forming a protective layer on the side and part of the top surface of the base substrate, such as a sapphire substrate, growing a single crystal nitride layer on the top surface of the base substrate, and then removing the protective layer. Remove the layer together.

따라서, 이후 레이저 조사를 이용한 분리 공정에서 기초 기판의 측면에 다결정 질화물층이 존재하지 않기 때문에 기초 기판과 질화물층을 용이하게 분리할 수 있고, 단결정 질화물층의 깨짐 현상을 방지할 수 있다. 또한, 결정 결함이 적은 단결정 질화물 기판을 제조할 수 있다.
Therefore, since the polycrystalline nitride layer does not exist on the side of the base substrate in the separation process using laser irradiation, the base substrate and the nitride layer can be easily separated, and the cracking phenomenon of the single crystal nitride layer can be prevented. In addition, a single crystal nitride substrate having few crystal defects can be produced.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 제조 방법에 이용되는 증착 장치의 개략도.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 제조 방법을 설명하기 위한 순서적으로 도시한 단면도.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도.1 is a schematic view of a deposition apparatus used in a substrate manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
2 to 6 are cross-sectional views sequentially illustrating a substrate manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
7 to 11 are cross-sectional views sequentially illustrating a substrate manufacturing method according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다. 또한, 층, 막, 영역 등의 부분이 다른 부분 “상부에” 또는 “상에” 있다고 표현되는 경우는 각 부분이 다른 부분의 “바로 상부” 또는 “바로 위에” 있는 경우뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information. In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., may be exaggerated for clarity, and like reference numerals designate like elements. In addition, if a part such as a layer, film, area, etc. is expressed as “upper” or “on” another part, each part is different from each part as well as being “right up” or “directly above” another part. This includes the case where there is another part between parts.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 제조 방법에 이용되는 증착 장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a deposition apparatus used in a substrate manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 이용되는 증착 장치는 소정의 반응 공간을 마련하는 챔버(10)와, 챔버(10) 내에 마련되어 기초 기판(110)이 안착되는 서셉터(20)를 포함한다. 또한, 챔버(10)의 일 측면에는 증착하고자 하는 물질층에 따른 소오스 가스를 공급하기 위한 제 1 가스 공급관(30)과 제 2 가스 공급관(40)이 이격되어 마련되고, 타 측면에는 챔버(10) 내의 가스를 배출하기 위한 가스 배출관(50)이 마련된다. 그리고, 제 2 가스 공급관(40) 내에는 증착하고자 하는 물질층에 따른 갈륨 등의 원료 물질(70)이 수용되어 있는 보트(60)가 마련된다.Referring to FIG. 1, a deposition apparatus used in an embodiment of the present invention includes a chamber 10 providing a predetermined reaction space, and a susceptor 20 provided in the chamber 10 on which the base substrate 110 is seated. It includes. In addition, a first gas supply pipe 30 and a second gas supply pipe 40 for supplying a source gas according to a material layer to be deposited are spaced apart from one side of the chamber 10, and the chamber 10 is provided on the other side of the chamber 10. The gas discharge pipe 50 for discharging the gas in the inside) is provided. In the second gas supply pipe 40, a boat 60 in which a raw material 70, such as gallium, corresponding to the material layer to be deposited is accommodated, is provided.

이러한 증착 장치를 이용하여 예를 들어 기초 기판(110) 상에 GaN층을 형성하기 위해서는 제 1 가스 공급관(30)을 통해 질소 함유 가스, 예를 들어 NH3 가스가 공급되고, 제 2 가스 공급관(40)을 통해 HCl 가스가 공급된다. 이때, HCl 가스가 제 2 가스 공급관(40)으로 공급될 때 보트(60) 내로부터 승화된 갈륨과 반응하여 GaCl 가스가 생성되어 챔버(10) 내부로 토출된다. 따라서, 제 1 가스 공급관(30)을 통해 공급되는 NH3 가스와 제 2 가스 공급관(40)을 통해 공급되는 GaCl 가스가 챔버(10) 내부에서 반응하여 기초 기판(110) 상에 GaN층이 성장된다.
In order to form a GaN layer on the base substrate 110 using such a deposition apparatus, for example, a nitrogen-containing gas, for example, NH 3 gas, is supplied through the first gas supply pipe 30, and the second gas supply pipe ( HCl gas is supplied via 40). At this time, when HCl gas is supplied to the second gas supply pipe 40, GaCl gas is generated by the reaction with gallium sublimed from the boat 60 and discharged into the chamber 10. Therefore, the NH 3 gas supplied through the first gas supply pipe 30 and the GaCl gas supplied through the second gas supply pipe 40 react inside the chamber 10 to grow a GaN layer on the base substrate 110. do.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도이다.2 to 6 are cross-sectional views sequentially illustrating a substrate manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 기초 기판(110)의 상면 및 측면에 보호층(120)을 형성한다. 기초 기판(110)은 서로 대향되는 상면 및 하면을 구비하고, 상면과 하면 사이에 마련된 측면을 구비한 소정 면적을 갖는 플레이트 형상을 갖는다. 이러한 기초 기판(110)은 사파이어, SiC 등의 기판을 이용할 수 있고, 적어도 일면이 경면 처리된다. 즉, 기초 기판(110)은 단결정 질화물층이 성장되도록 하기 위해 예를 들어 상면이 경면 처리된다. 또한, 보호층(120)은 기초 기판(110)의 경면 처리된 일면, 즉 상면에 형성되며, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4) 등의 물질을 이용할 수 있다. 물론, 보호층(120)은 이에 한정되지 않고 기초 기판(110)과 이후 형성될 질화물층과의 식각 선택비가 큰 물질을 이용할 수 있다. 예를 들어 소정의 에천트에 의해 보호층(120)과 기초 기판(110), 그리고 보호층(120)과 질화물층이 각각 적어도 10:1 이상의 식각 선택비를 갖는 물질을 보호층(120)으로 이용한다. 보호층(120)은 기초 기판(110) 상면에 측면보다 두껍게 증착된다. 또한, 기초 기판(110) 상에 보호층(120)을 형성하기 위해 화학기상증착 공정을 이용할 수 있는데, 예를 들어 실리콘 산화물을 형성하는 경우 SiH4 가스와 산소 가스를 이용하여 형성할 수 있다. 물론, 보호층(120)은 도 1에 제시된 증착 장치를 이용하여 형성할 수도 있는데, 이 경우 제 1 가스 유입관(30) 및 제 2 가스 유입관(40)으로 SiH4 가스와 산소 가스를 각각 공급하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 2, the protective layer 120 is formed on the top and side surfaces of the base substrate 110. The base substrate 110 has an upper surface and a lower surface facing each other, and has a plate shape having a predetermined area having side surfaces provided between the upper surface and the lower surface. The base substrate 110 may use a substrate such as sapphire, SiC, and at least one surface is mirror-treated. That is, the upper surface of the base substrate 110 is mirror-treated, for example, to allow the single crystal nitride layer to grow. In addition, the protective layer 120 is formed on one surface of the base substrate 110, that is, the upper surface thereof, and may be formed of a material such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ). Of course, the protective layer 120 is not limited thereto, and a material having a high etching selectivity between the base substrate 110 and the nitride layer to be formed later may be used. For example, the passivation layer 120 and the base substrate 110 and the passivation layer 120 and the nitride layer each have an etching selectivity of at least 10: 1 by a predetermined etchant to the passivation layer 120. I use it. The protective layer 120 is deposited on the upper surface of the base substrate 110 thicker than the side surface. In addition, a chemical vapor deposition process may be used to form the protective layer 120 on the base substrate 110. For example, when the silicon oxide is formed, it may be formed using SiH 4 gas and oxygen gas. Of course, the protective layer 120 may be formed using the deposition apparatus shown in FIG. 1, in which case the SiH 4 gas and the oxygen gas are respectively used as the first gas inlet pipe 30 and the second gas inlet pipe 40. It can supply and form.

도 3을 참조하면, 보호층(120)의 선택된 영역을 제거하여 기초 기판(110)의 상면을 노출시킨다. 이를 위해 예를 들어 보호층(120) 상에 감광막(미도시)을 형성하고 소정의 마스크를 이용한 사진 및 현상 공정으로 감광막을 패터닝한 후 패터닝된 감광막을 식각 마스크로 보호층(120)을 식각할 수 있다. 이때, 보호층(120)은 기초 기판(110)의 가장자리와 측면에 잔류하게 되는데, 기초 기판(110)의 가장자리에 예를 들어 1㎛의 폭으로 잔류할 수 있다. 물론, 기초 기판(110)의 이용 면적, 즉 이후 성장될 질화물층의 면적을 증가시키기 위해 보호층(120)의 잔류 면적을 최소화하는 것이 바람직하고, 기초 기판(110)의 가장자리에 보호층(120)이 잔류하지 않도록 하는 것이 더욱 바람직하다.Referring to FIG. 3, the selected region of the protective layer 120 is removed to expose the top surface of the base substrate 110. To this end, for example, by forming a photoresist film (not shown) on the protective layer 120, patterning the photoresist film by a photo-development process using a predetermined mask and then etching the protective layer 120 using the patterned photoresist as an etching mask. Can be. In this case, the protective layer 120 is left at the edge and side of the base substrate 110, it may remain at the edge of the base substrate 110 in a width of 1㎛, for example. Of course, it is desirable to minimize the remaining area of the protective layer 120 in order to increase the use area of the base substrate 110, that is, the area of the nitride layer to be grown later, and the protective layer 120 at the edge of the base substrate 110. It is more preferable that no) remains.

도 4를 참조하면, 기초 기판(110)의 상면으로부터 질화물층(130)을 성장시킨다. 질화물층(130)은 예를 들어 GaN층으로 형성할 수 있다. 또한, 질화물층(130)은 도 1에 도시된 장치를 이용하여 형성할 수 있다. 즉, 질화물층(130)으로 GaN층을 형성하기 위해 제 2 가스 공급관(40) 내에 갈륨(70)이 수용된 보트(60)를 마련하고, 제 1 가스 공급관(30)을 통해 NH3 가스를 공급하며, 제 2 가스 공급관(40)을 통해 HCl 가스를 공급한다. 따라서, HCl 가스가 제 2 가스 공급관(40)을 흐를 때 승화된 갈륨과 반응하여 GaCl 가스가 생성되어 챔버(10) 내부로 공급되고, 제 1 가스 공급관(30)을 통해 공급되는 NH3 가스와 챔버(10) 내에서 반응하여 기초 기판(110) 상에 GaN층의 질화물층(130)이 성장된다. 물론, 질화물층(130)은 상기 도 1의 장치를 이용한 방법 이외에 다양한 방법을 이용하여 형성할 수도 있는데, 예를 들어 MOCVD 방법 등 CVD 방법을 이용하여 형성할 수도 있다. 여기서, 질화물층(130)은 기초 기판(110)의 상면으로부터 단결정 질화물층(130a)이 성장되고, 기초 기판(110)의 측면으로부터 다결정 질화물층(130b)이 성장된다. 즉, 경면 연마된 기초 기판(110)의 상면에는 시드(seed)가 형성되고 시드로부터 성장되기 때문에 단결정 질화물층(130a)이 형성된다. 반면, 기초 기판(110)의 측면, 즉 보호층(120) 상에는 시드가 형성되지 않기 때문에 다결정 질화물층(130b)이 형성된다. 이때, 기초 기판(110) 상면의 단결정 질화물층(130a)은 측면의 다결정 질화물층(130b)보다 두껍게 성장된다. 또한, 측면의 다결정 질화물층(130b)은 불규칙하게 형성된다. 한편, 기초 기판(110)의 상부에 잔류하는 보호층(120)으로부터 다결정 질화물층(130b)이 성장되지만, 경면 연마된 기초 기판(100)의 상면으로부터 성장되는 단결정 질화물층(130a)이 확장되어 기초 기판(110) 상면의 보호층(120) 상에는 적어도 일부의 단결정 질화물층(130a)이 형성된다. 또한, 질화물층(130)은 GaN층 이외에 예를 들어 AlN층, AlGaN층, InGaN층, AlInGaN층 등 다양한 물질층으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4, the nitride layer 130 is grown from the top surface of the base substrate 110. The nitride layer 130 may be formed of, for example, a GaN layer. In addition, the nitride layer 130 may be formed using the apparatus shown in FIG. 1. That is, in order to form a GaN layer as the nitride layer 130, a boat 60 in which gallium 70 is accommodated is provided in the second gas supply pipe 40, and NH 3 gas is supplied through the first gas supply pipe 30. And, the HCl gas is supplied through the second gas supply pipe (40). Therefore, when the HCl gas flows through the second gas supply pipe 40, GaCl gas is generated by reacting with the sublimed gallium, and supplied into the chamber 10, and the NH 3 gas supplied through the first gas supply pipe 30. In the chamber 10, the nitride layer 130 of the GaN layer is grown on the base substrate 110. Of course, the nitride layer 130 may be formed using various methods in addition to the method using the apparatus of FIG. 1, for example, may be formed using a CVD method such as a MOCVD method. Here, in the nitride layer 130, the single crystal nitride layer 130a is grown from the top surface of the base substrate 110, and the polycrystalline nitride layer 130b is grown from the side surface of the base substrate 110. That is, since a seed is formed on the top surface of the mirror-polished base substrate 110 and grows from the seed, the single crystal nitride layer 130a is formed. On the other hand, since the seed is not formed on the side surface of the base substrate 110, that is, the protective layer 120, the polycrystalline nitride layer 130b is formed. At this time, the single crystal nitride layer 130a on the upper surface of the base substrate 110 is grown thicker than the polycrystalline nitride layer 130b on the side surface. In addition, the polycrystalline nitride layer 130b on the side surface is irregularly formed. Meanwhile, although the polycrystalline nitride layer 130b is grown from the protective layer 120 remaining on the base substrate 110, the single crystal nitride layer 130a grown from the top surface of the mirror-polished base substrate 100 is expanded. At least a portion of the single crystal nitride layer 130a is formed on the protective layer 120 on the upper surface of the base substrate 110. In addition, the nitride layer 130 may be formed of various material layers, such as an AlN layer, an AlGaN layer, an InGaN layer, and an AlInGaN layer, in addition to the GaN layer.

도 5를 참조하면, 소정의 에천트를 이용하여 보호층(120)을 제거한다. 보호층(120)이 예를 들어 실리콘 산화물의 경우 에천트로서 BOE를 이용하여 보호층(120)을 제거할 수 있다. 이때, 보호층(120)을 제거함으로써 기초 기판(110) 측면의 보호층(120) 상에 형성된 다결정 질화물층(130b)도 함께 제거된다. 즉, 에천트가 기초 기판(110)의 후면으로부터 보호층(120)을 제거하고, 이에 따라 보호층(120) 상에 형성된 다결정 질화물층(130)도 제거된다. 따라서, 기초 기판(110)의 상면에 단결정 질화물층(130a)이 잔류하게 된다.Referring to FIG. 5, the protective layer 120 is removed using a predetermined etchant. For example, in the case of the silicon oxide, the protective layer 120 may be removed using BOE as an etchant. At this time, by removing the protective layer 120, the polycrystalline nitride layer 130b formed on the protective layer 120 on the side of the base substrate 110 is also removed. That is, the etchant removes the protective layer 120 from the rear surface of the base substrate 110, thereby removing the polycrystalline nitride layer 130 formed on the protective layer 120. Therefore, the single crystal nitride layer 130a remains on the upper surface of the base substrate 110.

도 6을 참조하면, 기초 기판(110)의 하부면으로부터 레이저를 조사하여 기초 기판(110)과 질화물층(130)을 분리시킨다. 레이저는 기초 기판(110)이 광을 투과하고 질화물층(130)은 광을 흡수하는 파장의 광으로 조사된다. 즉, 기초 기판(110)을 투과한 광은 질화물층(130)에서 흡수되어 기초 기판(110)과 질화물층(130)의 계면에 열 에너지가 집중되고, 집중된 열 에너지에 의해 N2 분자가 외부로 토출됨으로써 질화물층(130)과 기초 기판(110)이 분리된다. 예를 들어 기초 기판(110)으로 SiC를 이용하는 경우 SiC는 대략 390nm 이하의 광을 흡수하고, 질화물층(130)으로 GaN이 성장된 경우 GaN층은 대략 360nm 이하의 파장을 흡수한다. 따라서, 레이저는 360nm 내지 390nm의 파장의 광을 방출하도록 한다. 또한, 기초 기판(110)으로 사파이어 기판을 이용하는 경우 예를 들어 200～600mJ/㎠의 빔 에너지를 갖는 248nm의 KrF 레이저를 조사할 수도 있다. 이때, 기초 기판(110)의 측면에 질화물층(130)이 존재하지 않기 때문에 분리 공정을 용이하게 실시할 수 있다.
Referring to FIG. 6, the base substrate 110 and the nitride layer 130 are separated by irradiating a laser from a lower surface of the base substrate 110. The laser is irradiated with light of a wavelength at which the base substrate 110 transmits light and the nitride layer 130 absorbs light. That is, the light transmitted through the base substrate 110 is absorbed by the nitride layer 130, and thermal energy is concentrated at the interface between the base substrate 110 and the nitride layer 130, and N 2 molecules are externalized by the concentrated thermal energy. The nitride layer 130 and the base substrate 110 are separated by the discharge. For example, when SiC is used as the base substrate 110, SiC absorbs light of about 390 nm or less, and when GaN is grown on the nitride layer 130, the GaN layer absorbs a wavelength of about 360 nm or less. Thus, the laser allows to emit light at a wavelength of 360 nm to 390 nm. In addition, when using a sapphire substrate as the base substrate 110, for example, a 248 nm KrF laser having a beam energy of 200 to 600 mJ / cm 2 may be irradiated. In this case, since the nitride layer 130 does not exist on the side surface of the base substrate 110, the separation process may be easily performed.

한편, 상기 본 발명의 일 실시 예는 기초 기판(110)의 상면 및 측면에 보호층(120)을 형성한 후 상면의 보호층(120)을 패터닝하였으나, 기초 기판(110)의 측면에만 보호층(120)을 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 이를 위해 예를 들어 기초 기판(110) 상에 감광막 등을 이용한 마스크를 형성한 후 보호층(120)을 형성하여 기초 기판(110)의 측면에만 보호층(120)이 형성되도록 할 수도 있다. 물론, 다양한 방법으로 기초 기판(110)의 측면에만 보호층(120)이 형성되도록 할 수도 있다.Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the protective layer 120 is patterned after forming the protective layer 120 on the top and side surfaces of the base substrate 110, but the protective layer only on the side surface of the base substrate 110. It is more preferable to form 120. For example, after forming a mask using a photoresist film or the like on the base substrate 110, the protective layer 120 may be formed so that the protective layer 120 is formed only on the side surface of the base substrate 110. Of course, the protective layer 120 may be formed only on the side surface of the base substrate 110 by various methods.

상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 제조 방법은 기초 기판(110)의 측면 및 상면의 일부에 보호층(120)을 형성하고 기초 기판(110) 상에 단결정 질화물층(130a)을 성장시킨 후 보호층(120)을 제거함으로써 기초 기판(110) 측면의 보호층(120) 상에 형성된 다결정 질화물층(130b)도 함께 제거된다. 따라서, 이후 레이저 조사를 이용한 분리 공정에서 기초 기판(110)과 질화물층(130)이 용이하게 분리되도록 한다.As described above, the substrate manufacturing method according to the exemplary embodiment of the present invention forms the protective layer 120 on a part of the side surface and the upper surface of the base substrate 110 and forms the single crystal nitride layer 130a on the base substrate 110. After the growth, the protective layer 120 is removed to remove the polycrystalline nitride layer 130b formed on the protective layer 120 on the side of the base substrate 110. Therefore, the base substrate 110 and the nitride layer 130 are easily separated in the separation process using laser irradiation.

한편, 도 1의 증착 장치의 챔버(10) 내의 서셉터(20) 상에 기초 기판(110)이 안착되면 서셉터(20)와 기초 기판(110) 사이의 미세한 틈이 발생하게 되고, 그 틈을 통해 원료 물질이 유입되어 기초 기판(110)의 후면에도 다결정 질화물층이 성장될 수 있다. 따라서, 기초 기판(110)의 후면에도 보호층(120)을 형성하여 이후 보호층(120)을 제거할 때 기초 기판(110) 후면에 성장되는 다결정 질화물층을 제거할 수도 있다. 이러한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 제조 방법을 도 7 내지 도 12을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
Meanwhile, when the base substrate 110 is seated on the susceptor 20 in the chamber 10 of the deposition apparatus of FIG. 1, a minute gap is generated between the susceptor 20 and the base substrate 110. Through the introduction of the raw material, the polycrystalline nitride layer may be grown on the rear surface of the base substrate 110. Accordingly, the protective layer 120 may also be formed on the rear surface of the base substrate 110 to remove the polycrystalline nitride layer grown on the rear surface of the base substrate 110 when the protective layer 120 is subsequently removed. The substrate manufacturing method according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 12.

도 7 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도이다.7 to 12 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a substrate according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 기초 기판(110)의 상면, 측면 및 후면에 보호층(120)을 형성한다. 보호층(120)은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4)을 포함하는 기초 기판(110)과 이후 형성될 질화물층과의 식각 선택비가 큰 물질을 이용할 수 있다. 또한, 기초 기판(110) 상에 보호층(120)을 형성하기 위해 화학기상증착 공정을 이용할 수 있고, 기초 기판(110)의 후면에도 보호층(120)을 형성하기 위해 예를 들어 기초 기판(110)을 수직으로 세워 챔버 내에 장착할 수 있다. 따라서, 예를 들어 실리콘 산화물을 형성하기 위해 SiH4 가스와 산소 가스를 챔버 내에 유입하면 기초 기판(110)의 상면, 측면 및 후면을 포함한 전체 면에 보호층(120)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7, the protective layer 120 is formed on the top, side, and back surfaces of the base substrate 110. The protective layer 120 may use a material having a high etching selectivity between the base substrate 110 including silicon oxide (SiO 2 ) and silicon nitride (Si 3 N 4 ) and the nitride layer to be formed later. In addition, a chemical vapor deposition process may be used to form the protective layer 120 on the base substrate 110, and for example, the base substrate may be used to form the protective layer 120 on the rear surface of the base substrate 110. 110 can be mounted vertically in the chamber. Thus, for example, when the SiH 4 gas and the oxygen gas are introduced into the chamber to form the silicon oxide, the protective layer 120 may be formed on the entire surface including the top, side, and back surfaces of the base substrate 110.

도 8을 참조하면, 보호층(120)의 선택된 영역을 제거하여 기초 기판(110)의 상면을 노출시킨다. 이를 위해 예를 들어 보호층(120) 상에 감광막(미도시)을 형성하고 소정의 마스크를 이용한 사진 및 현상 공정으로 감광막을 패터닝한 후 패터닝된 감광막을 식각 마스크로 보호층(120)을 식각할 수 있다. 이때, 보호층(120)은 기초 기판(110)의 상면 가장자리와 측면 및 후면에 잔류하게 되는데, 기초 기판(110)의 상면 가장자리에 예를 들어 1㎛의 폭으로 잔류할 수 있다.Referring to FIG. 8, the selected region of the protective layer 120 is removed to expose the top surface of the base substrate 110. To this end, for example, by forming a photoresist film (not shown) on the protective layer 120, patterning the photoresist film by a photo-development process using a predetermined mask and then etching the protective layer 120 using the patterned photoresist as an etching mask. Can be. In this case, the protective layer 120 may remain on the top edge, the side surface, and the rear surface of the base substrate 110, and may remain, for example, at a width of 1 μm on the top edge of the base substrate 110.

도 9를 참조하면, 기초 기판(110)의 상면으로부터 질화물층(130)을 성장시킨다. 질화물층(130)은 예를 들어 GaN층으로 형성할 수 있다. 또한, 질화물층(130)은 기초 기판(110)을 챔버 내에 수평으로 장착하여 형성할 수도 있고, 수직으로 세워 장착하여 형성할 수도 있다. 기초 기판(110)을 수직으로 세워 챔버 내에 장착하는 경우 기초 기판(110)의 상면 뿐만 아니라 측면 및 후면에도 질화물층(130)이 성장된다. 또한, 기초 기판(110)을 수평으로 장착하는 경우에도 기초 기판(110)의 후면에 질화물층(130)이 성장될 수 있다. 이때, 질화물층(130)은 기초 기판(110)의 상면으로부터 단결정 질화물층(130a)이 성장되고, 기초 기판(110)의 측면 및 후면에는 다결정 질화물층(130b)이 성장된다. 즉, 경면 연마된 기초 기판(110)의 상면에는 시드(seed)가 형성되고 시드로부터 성장되기 때문에 단결정 질화물층(130a)이 형성된다. 반면, 기초 기판(110)의 측면 및 후면, 즉 보호층(120) 상에는 시드가 형성되지 않기 때문에 다결정 질화물층(130b)이 형성된다. 그런데, 기초 기판(110)의 상부에 잔류하는 보호층(120)으로부터 다결정 질화물층(130b)이 성장되지만, 경면 연마된 기초 기판(100)의 상면으로부터 성장되는 단결정 질화물층(130a)이 확장되어 보호층(120) 상에는 적어도 일부의 단결정 질화물층(130a)이 형성된다. 한편, 질화물층(130)은 GaN층 이외에 예를 들어 AlGaN층, InGaN층, AlInGaN층 등 다양한 물질층으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 9, the nitride layer 130 is grown from the top surface of the base substrate 110. The nitride layer 130 may be formed of, for example, a GaN layer. In addition, the nitride layer 130 may be formed by horizontally mounting the base substrate 110 in the chamber, or may be formed by vertically mounting the substrate. When the base substrate 110 is vertically mounted in the chamber, the nitride layer 130 is grown not only on the top surface of the base substrate 110 but also on the side and the rear surface thereof. In addition, even when the base substrate 110 is mounted horizontally, the nitride layer 130 may be grown on the rear surface of the base substrate 110. In this case, in the nitride layer 130, the single crystal nitride layer 130a is grown from the top surface of the base substrate 110, and the polycrystalline nitride layer 130b is grown on the side and rear surfaces of the base substrate 110. That is, since a seed is formed on the top surface of the mirror-polished base substrate 110 and grows from the seed, the single crystal nitride layer 130a is formed. On the other hand, since the seed is not formed on the side and rear surfaces of the base substrate 110, that is, the protective layer 120, the polycrystalline nitride layer 130b is formed. However, although the polycrystalline nitride layer 130b is grown from the protective layer 120 remaining on the base substrate 110, the single crystal nitride layer 130a grown from the top surface of the mirror-polished base substrate 100 is expanded. At least a portion of the single crystal nitride layer 130a is formed on the protective layer 120. Meanwhile, the nitride layer 130 may be formed of various material layers, such as an AlGaN layer, an InGaN layer, and an AlInGaN layer, in addition to the GaN layer.

도 10을 참조하면, 소정의 에천트를 이용하여 보호층(120)을 제거한다. 보호층(120)은 예를 들어 실리콘 산화물의 경우 BOE를 이용하여 제거할 수 있다. 이때, 보호층(120)을 제거함으로써 보호층(120) 상에 형성된 다결정 질화물층(130b)도 제거된다. 즉, 에천트가 보호층(120)을 제거하고, 이에 따라 보호층(120) 상에 형성된 다결정 질화물층(130b)도 함께 제거된다. 따라서, 기초 기판(110)의 상면에 단결정 질화물층(130a)만 잔류하게 된다.Referring to FIG. 10, the protective layer 120 is removed using a predetermined etchant. The protective layer 120 may be removed using, for example, BOE in the case of silicon oxide. In this case, the polycrystalline nitride layer 130b formed on the protective layer 120 is also removed by removing the protective layer 120. That is, the etchant removes the protective layer 120, and thus the polycrystalline nitride layer 130b formed on the protective layer 120 is also removed. Therefore, only the single crystal nitride layer 130a remains on the top surface of the base substrate 110.

도 11을 참조하면, 기초 기판(110)의 하부면으로부터 레이저를 조사하여 기초 기판(110)과 질화물층(130)을 분리한다. 레이저는 기초 기판(110)이 광을 투과하고 질화물층(130)은 광을 흡수하는 파장의 광을 조사한다. 기초 기판(110)을 투과한 광은 질화물층(130)에서 흡수되어 기초 기판(110)과 질화물층(130)의 계면에 열 에너지가 집중되고, 집중된 열 에너지에 의해 N2 분자가 외부로 토출됨으로써 질화물층(130)과 기초 기판(110)이 분리된다. 이때, 기초 기판(110)의 측면 및 후면에 질화물층(130)이 존재하지 않기 때문에 분리 공정이 용이하게 실시될 수 있다.
Referring to FIG. 11, the base substrate 110 and the nitride layer 130 are separated by irradiating a laser from a lower surface of the base substrate 110. The laser transmits light of a wavelength at which the base substrate 110 transmits light and the nitride layer 130 absorbs light. Light transmitted through the base substrate 110 is absorbed by the nitride layer 130, and thermal energy is concentrated at the interface between the base substrate 110 and the nitride layer 130, and N 2 molecules are discharged to the outside by the concentrated thermal energy. As a result, the nitride layer 130 and the base substrate 110 are separated. In this case, since the nitride layer 130 does not exist on the side and the rear surface of the base substrate 110, the separation process may be easily performed.

본 발명은 상기에서 서술된 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허청구범위에 의해서 이해되어야 한다.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms. That is, the above embodiments are provided so that the disclosure of the present invention may be completed and the scope of the present invention may be completely understood to those skilled in the art, and the scope of the present invention should be understood by the claims of the present application. .

110 : 기초 기판 120 : 보호층
130 : 질화물층 130a : 단결정 질화물층
130b : 다결정 질화물층110: base substrate 120: protective layer
130: nitride layer 130a: single crystal nitride layer
130b: polycrystalline nitride layer

Claims (8)

기초 기판의 적어도 측면에 보호층을 형성하는 단계;
상기 기초 기판의 상면으로부터 질화물층을 성장시키는 단계;
상기 보호층을 제거하는 단계; 및
상기 기초 기판과 질화물층을 분리하여 질화물 기판을 제조하는 단계를 포함하는 기판 제조 방법.
Forming a protective layer on at least a side of the base substrate;
Growing a nitride layer from an upper surface of the base substrate;
Removing the protective layer; And
Separating the base substrate and the nitride layer to produce a nitride substrate.
제 1 항에 있어서, 상기 기초 기판은 사파이어, SiC를 포함하고, 상기 질화물층은 GaN층, AlN층, AlGaN층, InGaN층, AlInGaN층을 포함하는 기판 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the base substrate comprises sapphire and SiC, and the nitride layer comprises a GaN layer, an AlN layer, an AlGaN layer, an InGaN layer, or an AlInGaN layer.
제 1 항에 있어서, 상기 보호층은 상기 기초 기판 및 상기 질화물층 각각보다 식각 선택비가 높은 물질로 형성하는 기판 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the protective layer is formed of a material having a higher etching selectivity than each of the base substrate and the nitride layer.
제 3 항에 있어서, 상기 보호층은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 포함하는 기판 제조 방법.
The method of claim 3, wherein the protective layer comprises silicon oxide or silicon nitride.
제 3 항에 있어서, 상기 보호층은 상기 기초 기판의 상면의 적어도 일부에 더 형성하는 기판 제조 방법.
The method of claim 3, wherein the protective layer is further formed on at least a portion of an upper surface of the base substrate.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 보호층은 상기 기초 기판의 후면에 더 형성하는 기판 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the protective layer is further formed on a rear surface of the base substrate.
제 1 항에 있어서, 상기 기초 기판은 상기 상면이 경면 처리되고, 상기 질화물층은 경면 처리된 상기 상면 상에 단결정 질화물층이 형성되고, 상기 보호층 상에 다결정 질화물층이 형성되는 기판 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the base substrate is mirror-treated on the upper surface, the nitride layer is formed on the mirror-treated upper surface, and a monocrystalline nitride layer is formed on the protective layer.
제 7 항에 있어서, 상기 보호층 제거와 함께 상기 보호층 상에 형성된 상기 다결정 질화물층이 제거되는 기판 제조 방법. 8. The method of claim 7, wherein the polycrystalline nitride layer formed on the protective layer is removed together with removing the protective layer.
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